PX4飞控|多旋翼飞行器常见的4 种典型人工控制模式控制详解

andyjo

一. 飞行控制基础理论 1. 控制律: 控制律基本概念：控制律（ control law ），使飞行控制系统形成控制指令的算法，描述了受控状态变量与系统输入信号之间的函数关系。飞行器执行机构对于操纵输入的响应规律。1.1 Position（定点，位置）模式 综述：位置模式是最容易操纵的控制模式，俯仰、横滚操纵杆控制飞行器沿水平面的前向速度和侧向速度（地速），油门杆控制垂向速度（地速）。偏航杆控制偏航角速度。当所有操纵杆全部回中时，飞行器会停止沿各轴运动并保持当前水平位置和高度，抵抗风和其他外来干扰。要点总结：①俯仰、横滚、油门杆的操纵输入将映射为飞行器的期望速度指令并传递给飞控，作为控制器的输入，即俯仰、横滚、油门杆控制飞行器沿水平面的前向速度，侧向速度和垂向速度（摇杆位置处于死区之外时）。③偏航杆操纵输入将映射为期望偏航角速度指令传递给飞控，即偏航杆控制飞行器沿 z 轴的旋转速度（即偏航角速度）。④所有操纵杆全部回中是（摇杆处于死区之内），飞行器沿水平面的期望前向速度，期望侧向速度和期望垂向速度指令为 0，绕 z 轴的期望角速度指令为 0，飞行器会保持当前水平位置和高度，并抵抗风与外界的干扰。


position 起飞操纵要点：在该模式下起飞，油门杆量务必推到满行程的 62.5%及以上。Position 着陆操纵要点： ①若着陆检测成功则电机会在触地后几秒内停止旋转并上锁,若电机持续在较高的转速旋转或开始加速旋转,首先切换到姿态增稳(stablized，mannual), 然后将油门杆拉到最低。②由于 GPS 水平位置漂移，着陆时飞行器可能会翻倒在地面上。相关参数：

1.2 Altitude（定高）模式综述：定高模式是相对容易操纵的控制模式，俯仰、横滚操纵杆控制飞行器的俯仰角、横滚角，油门杆控制爬升-下降的速度。偏航杆控制偏航角速度。当所有操纵杆全部回中，飞行器的飞行姿态将恢复水平，但是摇杆回中后，由于惯量，飞行器沿水平面的运动仍会持续，只能随着外界干扰和阻力缓慢减速，飞行器不会抵抗风和其他外来干扰。要点总结：①横滚、俯仰杆的操纵杆输入将映射为飞行器绕机体x，y两个轴旋转的期望角度指令传递给飞控，即横滚、俯仰杆控制横滚角和俯仰角。②油门操纵杆输入将映射为期望垂向速度指令传递给飞控，即油门杆控制飞行器沿 z 轴的线运动速度，即爬升速度和下沉速度（摇杆位置处于死区之外时）。③偏航操纵杆输入将映射为期望偏航角速度指令传递给飞控，即偏航杆控制飞行器绕 z 轴的旋转角速度（偏航角速度）④所有操纵杆全部回中（油门摇杆位置处于死区之内），飞行器的期望俯仰角、期望横滚角，期望偏航角速度指令为 0，飞行器姿态恢复水平，停止绕 z 轴的角运动、保持当前高度，但不会抵抗风和其他外来干扰。定高模式起飞操纵要点：在该模式下起飞，油门杆量务必推到满行程的 62.5%及以上。定高模式着陆操纵要点：若着陆检测成功则电机会在触地后几秒内停止旋转并上锁,若电机持续在较高的转速旋转或开始加速旋转,首先切换到姿态增稳(stablized，mannual), 然后将油门杆拉到最低。定高模式悬停操纵要点：飞行器在距离地面较近，或者飞行器正下方为水面或者树木或者其他反光或者吸波材质时，飞行器的测距传感器读数会异常，此时高度信息源将会切换至气压计，高度控制会有些许上下浮动，属于正常现象。相关参数：

1.3 Manual/stabilized（姿态增稳）模式综述：姿态增稳模式的操纵要求对油门通道掌握一定的操纵技巧，俯仰、横滚操纵杆控制飞行器的俯仰角、横滚角，油门杆直接控制电机的 pwm 输出，偏航杆控制偏航角速度。当俯仰、横滚操纵回中后，飞行器的飞行姿态将恢复水平，飞行器的高度或者垂向速度需要操纵员根据经验实际情况进行调整，俯仰横滚杆回中后，由于惯量，飞行器沿水平面的运动仍会持续，只能随着外界干扰和阻力缓慢减速，飞行器不会抵抗风和其他外来干扰。要点总结：①横滚、俯仰杆的操纵杆输入将映射为飞行器绕机体坐标系x，y两个轴旋转的期望横滚角和期望俯仰角指令传递给飞控，即横滚、俯仰杆控制横滚角和俯仰角。②油门杆的操纵输入指令将映射为控制器输出直接传递给混控器（直接控制PWM输出）。③偏航杆操纵输入指令映射为期望偏航角速度指令传递给飞控，即偏航杆控制飞行器绕 z 轴的旋转速度（偏航角速度）。④所有操纵杆全部回中，飞行器的期望俯仰、横滚角度，期望偏航角速度指令为 0，电机指令为油门杆位置映射的 pwm 输出，飞行器姿态将恢复水平，停止绕 z 轴的角运动、高度或垂向速度将由当前 pwm 输入对应电机总拉力大小与飞行器重力的大小关系决定。
姿态增稳模式悬停操纵要点：在该模式下操纵飞行器悬停时，注意油门杆操纵杆量需要根据飞行器的运动趋势进行及时调整，在某中意义上讲，油门杆操纵输入与z向的加速度线性相关。1.4 ACRO（特技，角速率增稳）模式综述：角速率增稳模式的操纵要求操纵手需要掌握比较高超的飞行技巧，俯仰、横滚、偏航操纵杆控制飞行器的俯仰、横滚、偏航角速度，油门杆直接控制电机的 pwm 输出。当俯仰、横滚杆回中后，飞行器的俯仰、横滚、偏航角速率为 0，但是飞行姿态不会恢复水平，飞行器将维持当前姿态，且根据当前运动趋势继续运动。要点总结：①横滚、俯仰、偏航杆的操纵杆输入将映射为飞行器绕机体坐标系x，y，z三个轴的期望角速度指令传递给飞控，即横滚、俯仰、偏航杆控制横滚、俯仰、偏航角速度。②油门杆的操纵输入指令将映射为控制器输出直接传递给混控器（直接控制PWM输出）。③所有操纵杆全部回中，飞行器的期望俯仰、横滚、偏航角速度指令为0，电机指令为油门杆位置映射的 pwm 输出，飞行器将停止绕机体坐标系 x，y，z 三个轴的角运动、高度或垂向速度将由当前 pwm 输入对应电机总拉力大小与飞行器重力的大小关系决定。角速率增稳模式悬停操纵要点：在该模式下操纵飞行器可以进行相应的特技动作，如横滚，筋斗等杆输入映射：该模式下默认的滚转、俯仰和偏航操纵杆输入映射如下所示。该曲线使得在最大杆输入处具有大的角运动速率能够进行特技动作，在靠近杆回中位置的区域具有较低灵敏度以方便进行精准操纵。


可以使用 MC_ACRO_EXPO 和 MC_ACRO_SUPEXPO“指数”参数调整滚转和俯仰轴杆输入响应，同时使用 MC_ACRO_EXPO_Y 和 MC_ACRO_SUPEXPOY 调整偏航轴杆输入响应。MC_ACRO_EXPO 和 MC_ACRO_EXPO_Y 参数 用 于 调 整 线 性 曲 线和三 次 曲 线之间的 曲 线 ， 如 下 所 示 。MC_ACRO_SUPEXPO 和 MC_ACRO_SUPEXPOY 允许进一步调整曲线形状，修改低灵敏度区域的宽度。


相关参数：



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